לשם הנוחות, אנו יכולים לחשוב על אור וצורות אחרות של קרינה אלקטרומגנטית כגלים שנושאים אנרגיה ממקום למקום. קרינה אלקטרומגנטית היא תופעה מחזורית עם מאפיינים של גלים. בואו נבחן זאת ביתר פירוט. אנו יכולים לתאר כל תנועה של גל על ידי ארבעה מספרים, שניים מהם קשורים זה לזה. המרחק בין שתי פסגות רצופות (או שני שקעים) הוא אורך הגל. מספר הפסגות (או השקעים) שעוברים בנקודה מסוימת בכל שנייה היא תדירות. אורך הגל והתדירות הם שני צדדים של אותה מטבע; הכפלתם נותנת את מהירות הגל.
באדיבות וויקיפדיה
מספר חשוב נוסף הוא המשרעת של הגל, בדרך כלל המשרעת מוצגת כחצי המרחק שבין שיא הגל לבין שקע הגל. גל הוא הפרעה והמשרעת מכמת את מידת ההפרעה. לדוגמה, המשרעת של גל מים הוא הסכום שבו הגל חורג מעל או מתחת משטח מים חלק ללא הפרעה. עבור גל קול, משרעת הוא הסכום שבו צפיפות האוויר עולה מעל או מתחת לצפיפות הממוצעת. במקרה של אור או גלים אלקטרומגנטיים אחרים, המשרעת ניתנת על ידי כמויות חיוביות או שליליות של שדה חשמלי או מגנטי. לא אחת מבקשים למדוד כמות שימושית יותר – עוצמת הגל. עוצמת הקרינה נמצאת ביחס ישר לריבוע משרעת הגל.
הנה אנלוגיה שימושית המאפשרת לזכור נקודה חשובה ביחסי אורך גל ותדירות: לשניים יש מערכת יחסים הפוכה. תארו לעצמכם רכבות הנוסעות באותה מהירות אבל עם קרונות בעלי אורך שונה. ככל שאורך הקרונות קטן יותר (אורך גל קטן), יותר קרונות עוברים בשנייה (תדירות גבוהה יותר) דרך נקודה מסוימת. לעומת זאת, מספר קטן יותר של קרונות ארוכים (אורך גל ארוך) עוברים בכל שנייה (תדר נמוך).
באדיבות וויקיפדיה
הקרינה האלקטרומגנטית נעה במהירות זהה בחלל הריק, 300,000 קילומטרים לשנייה. זה קבוע פיזיקאלי אוניברסלי – מהירות האור מסומנת ב- c. זכרו, כי מהירות האור היא גם המהירות של כל שאר סוגי הגלים האלקטרומגנטיים בחלל ריק. (יש לציין, עם זאת, כי האור הנע דרך אוויר או זכוכית או כל מדיום שקוף אחר במהירויות שונות, מעט איטיות יותר.) עובדה חשובה, כל גלים אלקטרומגנטיים נעים באותה מהירות בחלל הריק. כדי להשתמש באנלוגיה, נסו לדמיין שיש לנו רכבות עם קרונות בעלי מגוון עצום של אורכים הנוסעות באותה מהירות. מספר הקרונות העוברים בשנייה (תדירות) עולה באותו קצב שגודל הקרון (אורך הגל) יורד.
איך אפשר למדוד ערך כה גדול כמו מהירות האור? גלילאו היה נסיין מאומן והוא ניסה למדוד את מהירות האור לפני כ- 400 שנה. לילה אחד הוא הציב חבר על ראש גבעה במרחק קילומטרים אחדים מגבעה עליה הוא עמד. לגלילאו וגם לעמיתיו היו פנסים עם תריס שניתן היה להסתיר בעזרתם את האור. הם תכננו שכאשר גלילאו ישלח הבזק של אור, יגיב מיד חברו עם הבזק מהפנס שלו. גלילאו ניסה למדוד את הזמן שהאור יעבור את המרחק הלוך ושוב בין הגבעות, אבל עד-מהרה הבין שזמן זה קצר מכדי שיוכל למדוד אותו. האור כנראה עבר קילומטרים רבים בשנייה. מעבר לכך, גלילאו לא יכול היה לומר עוד דבר.
באדיבות ויקיפדיה
המדידה האמיתית הראשונה של מהירות האור התבצעה בתצפית מתוחכמת על ידי האסטרונום הדני אולה רימר בשנת 1675. רימר התחיל עם בתצפיות על הירחים של צדק שאותם גילה גלילאו. הירחים נעים במסלולים סביב צדק, ניתן לקבוע את הרגע שבו הם עוברים מאחורי צדק ונעלמים. רימר גילה כי הליקויים של ירחי צדק מתרחשים מעט לפני הצפוי, כאשר המרחק בין כדור הארץ לצדק מתקצר. הסיבה לכך היא כי לאור לוקח פחות זמן לעבור מרחק קצר יותר אל עינינו. רימר הסיק כי לאור לוקח 11 דקות כדי לחצות את המרחק בין כדור הארץ לבין השמש; המספר המדויק הוא 8 דקות, אבל דרך החשיבה של רימר הייתה נכונה. ניתן לראות כאן הד לדרך שבה היוונים הקדמונים השתמשו בלוגיקה וגיאומטריה כדי ללמוד על טבעו של היקום. התצפיות של רימר סיפקו ראיות נוספות לכך שכדור הארץ נמצא בתנועה סביב השמש. במדידות מעבדה מודרניות התקבל ערך מדויק מאוד עבור מהירות האור. האור נע במהירות עצומה של 299,792 קילומטרים לשנייה, אין זה פלא כי נראה שהאור נע ללא כל עיכוב בחיי היומיום.
גלים נושאים אנרגיה ממקום למקום. העולם היומיומי מכיל כמה דוגמאות מרשימות של הדרכים שבהן אנרגיית הגלים יכולה להפוך מסוג אחד למשנהו. זה עיקרון חשוב בפיזיקה חוק שימור האנרגיה – האנרגיה יכולה לשנות צורות אבל לא רק להופיע או רק להיעלם.
כאשר אתה מקשיב לקול ברדיו, מתרחשת סדרה מרשימה של חילופי אנרגיה. קריין הרדיו מדבר ואנרגיית הקול שלו מתגלגלת לגלי לחץ אוויר. גלים אלה מרעידים מגנט קטן בתוך המיקרופון קדימה ואחורה, ויוצרים זרם חשמלי משתנה (כפי שגילה פאראדיי לפני זמן רב). זרם החשמל המשתנה הוא למעשה זרם משתנה של אלקטרונים לאורך חוט. אלקטרונים נעים יכולים לשמש ליצירת גל רדיו אלקטרומגנטיים שנפלטים מאנטנה בתחנת הרדיו. (הכוח החלוש של האות החשמלי המקורי מוגבר פעמים רבות, מאלפי וואט למיליונים רבים של וואטים, טרם השידור.) לאחר שנסע באוויר במשך קילומטרים, גל הרדיו האלקטרומגנטי מזוהה על ידי אנטנת הרדיו שלך. בתוך הרדיו שלך הגל האלקטרומגנטי מומר לזרם חשמלי משתנה. (הוא חייב להיות מוגבר שוב, כי האות כבר חלש מאד לאחר המסע הארוך.) זרם חשמלי משתנה מניע מגנט קטן, הפעם ברמקול של הרדיו שלך. מגנט הנע יוצר גלי דחיסה באוויר, שאותם אתה שומע כקול! הקול ברדיו נשמע בדיוק כמו קול של אדם הנמצא בחדר, אבל גלים אלקטרומגנטיים סייעו כדי להוליך את האות על פני מרחקים גדולים.
Author: Chris Impey